復雜環境下地鐵基坑支護方案比選

葉 靚

(1.上海大學管理學院，上海 200444； 2.杭州市房屋安全鑒定事務管理中心，浙江 杭州 310003)

?

復雜環境下地鐵基坑支護方案比選

葉 靚1,2

(1.上海大學管理學院，上海 200444； 2.杭州市房屋安全鑒定事務管理中心，浙江 杭州 310003)

闡述了基坑支護結構選型應考慮的主要因素，介紹了當前地鐵站點基坑工程中常見的支護方案，并結合杭州某地鐵站點工程實例，從施工質量、工期控制、技術風險、工程造價、環境影響等方面進行綜合分析，為今后類似工程支護方案的比選提供參考。

地鐵站點，基坑，支護方案

伴隨著快速推進的城市化進程，城市地面交通壓力日益增大，地鐵以其高效環保、節省土地的特點，在一二線城市中掀起了一股建設熱潮。觀察地鐵工程特點，其周圍通常毗鄰交通要道、既有建筑或重要管線，進而涉及到地下障礙物多、施工條件復雜、安全風險大等諸多難題。在如此復雜的施工環境中，我們既須確保主體地下結構的施工空間，還須保證基坑周圍建(構)筑物、地下管線、道路的安全正常使用。因此，如何科學合理地選擇適宜的支護結構類型，是地鐵建設過程中首應解決的主要問題。

1 基坑支護選型要素

通常情況下，基坑支護是為主體結構地下部分施工而采取的臨時措施，且設計期限不得小于一年，所采用的荷載一般不考慮長期作用，而地鐵站點實際建設周期一般持續1.5年～2年。故深基坑支護方案的設計首先應確定其使用期限，并在巖土工程勘察和周邊環境調查的基礎上進行選型。具體而言，支護結構選型應考慮以下幾方面因素：

1)基坑周邊環境。在基坑開挖過程中，周邊土體的變形存在明顯的空間效應作用，其豎向和水平位移均隨基坑相對距離、土層的深度的變化而變化，并直接關系到相鄰道路、既有建筑或地下管線的安全正常使用，是首要選型因素。

2)水文地質條件。由于地鐵站點的選址經多輪規劃論證，往往靠近地面客流集散點，場地更改選擇余地較小，故無法規避一些不良地質條件，如高水位、軟弱土、液化土、斷裂構造等，同時還受不同季節、惡劣氣候對巖土性狀和動水壓力的影響，需結合勘察成果詳細分析。

3)施工作業空間。從開始挖掘土方到地面以下隱蔽工程全部完成，基坑支護體系應能夠為主體地下結構的施工提供一個安全可靠的作業空間及環境，包括材料機具的堆放場地、運輸條件，大型機械必要作業面，阻隔坑內外的地下水和地表水，是施工可行性的必要條件。

4)經濟環保要求。一方面，不同的基坑開挖方案對支護結構的材料、設備、人工等費用影響較大；另一方面，支護結構自身修建時可能造成一定的環境影響，如泥漿排放、施工噪聲、機械振動等。故還應嚴格遵循相關成本管理和環境保護要求。

2 幾種常見地鐵基坑支護方案

根據住建部于2009年頒布的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》：深基坑工程為開挖深度不小于5 m的基坑(槽)的土方開挖、支護、降水工程；開挖深度小于5 m，但地質條件、周圍環境和地下管線復雜，或影響毗鄰建(構)筑物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護、降水工程。在不考慮多層換乘時，僅普通地鐵站臺層便高約5 m，其上還有凈高約4 m的地鐵站廳層，以及混凝土蓋板和管線預留覆土層等，而基坑周邊環境多半十分敏感，故地鐵基坑工程均屬于此類工程。為此，在支護方案的選型上更傾向于保守，常見的幾種地鐵基坑圍護結構有：灌注樁+止水帷幕、地下連續墻和SMW工法樁；支撐結構則主要為內支撐，且首道一般采用鋼筋混凝土支撐，與冠梁形成整體，以增強節點抗拉承載力，避免基坑踢腳整體失穩事故。

2.1 灌注樁+止水帷幕

在城區施工中，灌注樁多采用正反循環鉆機成孔，施工設備較為緊湊靈活、機動性強，且施工時振動和噪聲都不大，對周邊正常生產生活影響較小。可根據土層地質特點調整工藝，適用范圍較廣，成樁具備一定剛度，提高基坑安全度；止水帷幕則采用深層攪拌樁和高壓旋噴樁兩種形式，其中高壓旋噴樁所需設備較大，施工作業面要求高，成樁水泥滲量較高，樁徑可根據壓力變化，適用的土層范圍要大，但土體擾動較大。

2.2 SMW工法樁

作為一種特殊的水泥土攪拌樁墻，即在水泥土樁內插入加勁材料(H型鋼為主)，集受力與抗滲功能于一體，距周邊建筑物紅線80 cm即可施工，成墻厚度大且無接縫，止水效果好，可在任何適合常規水泥土攪拌樁的地層使用。施工時基本無噪聲，對周圍環境影響較小，僅在開槽時有少量土方外運。在一定條件下，可代替地下連續墻使用，施工得當時工期僅為地下連續墻的1/3，并可通過回收加勁材料，進一步降低單位成本。

2.3 地下連續墻

根據土方開挖方式，可分為順作法和逆作法，且基本上均會采用“兩墻合一”技術，即地下連續墻既是施工階段的圍護結構，又是使用階段的主體結構地下外墻。其中，逆作法施工可利用地下室頂板作為施工場地，適合場地狹小、毗鄰要道的地鐵站點項目，較順作法結構剛度更大，并減少拆撐工況以節省工期，但施工組織設計也更為復雜，節點處理和土方開挖的難度更高，須由相關有施工經驗的承包單位實施。

基坑圍護結構基本項目比較見表1。

表1 基坑圍護結構基本項目比較

3 工程實例

3.1 工程概況

某地鐵車站位于城區重要交通干線交叉口，總凈長157 m，標準段凈寬19.9 m，開挖深度17.2 m～18.6 m。南側1倍基坑深度范圍內有3棟住宅樓，建筑物為6層，7層磚混結構，夯擴樁基礎，底部埋深約6 m～8 m。所在場地系沖積平原，其下為海陸交相互沉積層，主要巖性為砂質粉土、粉砂、粉質粘土層，土質松軟。地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水，深部為基巖裂隙水，勘探期測得靜止水位埋深0.80 m～4.30 m，相應高程2.58 m～5.94 m，建議抗浮水位為高程7.00 m。

3.2 方案選擇

考慮到站點緊鄰城區主干道，考慮到交通疏解和季風氣候影響，施工期內可能會因車輛經過或水位驟變而引起土側壓力增大，造成支護結構出現較大變形或破壞，同時，基坑開挖會破壞基坑與主干道間的土體平衡，導致道路沉降過大或發生較大水平位移，故最終采用地下連續墻+內支撐形式。地下連續墻1.0 m，厚42.3 m深，C30水下混凝土；第一、五道內支撐為鋼筋混凝土支撐；第二、三、四、六道為φ609 mm鋼管支撐(壁厚t=16 mm)；第七道為雙拼，并對鋼管支撐施加了預應力，確保鋼支撐節點的可靠連接。

3.3 監測結果

根據監測資料表明，基坑開挖后，支護結構內側卸去原有土壓力，地下連續墻開始受力變形，水平位移呈“拋物線”型分布，曲線形態未隨開挖深度增加而改變。在整個開挖過程中，地下連續墻的水平位移在逐漸增大，且有明顯的時效性，但前期增加較快，后期增加則較為緩慢，并在最后階段達到峰值60.16 mm。周邊土體向坑內移動，進而導致周邊道路或建筑物沉降，沉降值隨著土體與基坑的間距增大而減小，影響半徑可達1倍～1.5倍基坑深度。

4 結論和建議

1)地鐵建設安全責任重大，地連墻自穩定性好、安全冗余大，可重復用作地下結構外墻，建議采用地下連續墻，首道內支撐宜為混凝土支撐，以防超挖踢腳。

2)近鄰深基坑的土體變形，貫穿于基坑工程施工全過程，自基坑工程施工起即應加強周邊土體變形控制，并注意周邊降水情況。

3)臨近建筑物施工時，應嚴格控制開挖和支撐施工過程，對基坑及周邊環境加密動態監測頻次。

[1] 鐘 俊.深基坑支護設計方案發展的探討[J].科技創新與應用,2013(7):169.

[2] 劉偉賢.深基坑支護方案選型案例分析[J].建筑安全，2011(4):51-52.

[3] 陳建軍.深基坑支護方案選型及應用探討[J].建筑知識(學術刊)，2012(3):321-322.

[4] 陳少寧.建筑工程基坑支護類型優選[J].中國建筑信息，2013(17):72-73.

[5] 趙志縉.簡明地鐵深基坑工程設計施工風險手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009:27-31.

The subway foundation pit support scheme selection under complex environment

Ye Liang1，2

(1.ManagementSchool,ShanghaiUniversity,Shanghai200444,China; 2.HangzhouBuildingSafetyAppraisalAffairsManagementCenter,Hangzhou310003,China)

This paper elaborated the main factors should be considered of foundation pit support structure, introduced the common support scheme of current subway station foundation pit engineering, and combining with a subway station engineering examples in Hangzhou, from the construction quality, schedule control, technical risk, engineering cost, environmental impact and other aspects made comprehensive analysis, could provide reference for future similar engineering support structure selection.

subway station, foundation pit, support scheme

1009-6825(2016)05-0072-02

2015-12-07

葉 靚(1989- )，男，在讀工程碩士，助理工程師

TU463

A